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一种太阳能线性聚集装置及系统控制方法.pdf

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一种 太阳能 线性 聚集 装置 系统 控制 方法
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摘要
申请专利号:

CN201310003867.8

申请日:

2013.01.06

公开号:

CN103912994A

公开日:

2014.07.09

当前法律状态:

授权

有效性:

有权

法?#19978;?#24773;: 授权|||实质审查的生效IPC(主分类):F24J 2/06申请日:20130106|||公开
IPC分类号: F24J2/06; F24J2/40; F24J2/46 主分类号: F24J2/06
申请人: 北京兆阳光热技术有限公司
发明人: 刘阳
地址: 100070 北京市丰台区科技园富丰路4号4幢22B04室
优?#28909;ǎ?/td>
专利代理机构: 代理人:
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法律状态
申请(专利)号:

CN201310003867.8

授权公告号:

||||||

法律状态公告日:

2016.01.06|||2014.08.06|||2014.07.09

法律状态类型:

授权|||实质审查的生效|||公开

摘要

本发明提供一种太阳能线性聚集装置,其特征在于,所述线性聚集装置包括线性聚光器和线性接收器;所述线性接收器置于所述线性聚光器焦线位置或焦线位置附近,包括至少2列并列布置的光学接收器;根据各列光学接收器接收能量的比例关系判断跟踪准确度,并据此调整聚光器进行准确跟踪;所述光学接收器为光热接收器或光伏接收器或光热光伏复合接收器。本发明?#22266;?#20379;一种太阳能线性聚集装置系统控制方法,其特征在于,所述系统控制方法根据两列并列布置的光学接收器各自接收的能量值的比例关系,判断所述线性聚光器的聚焦偏差方向及偏差度。本发明提供的太阳能线性聚集装置以及系统控制方法,结构简单,操作方便,跟踪准确,可大规模用于太阳能光热或光伏利用系统或光热光伏复合利用系统中。

权利要求书

权利要求书
1.  一种太阳能线性聚集装置,其特征在于,所述线性聚集装置包括线性聚光器
和线性接收器;所述线性接收器置于所述线性聚光器焦线位置或焦线位置附近,包括至少2列并列布置的光学接收器;根据各列光学接收器接收能量的比例关系判断跟踪准确度,并据此调整聚光器进行准确跟踪;所述光学接收器为光热接收器或光伏接收器或光热光伏复合接收器。

2.  根据权利要求1所述的一种太阳能线性聚集装置,所述并列布置的各列光学接收器具有理论设计相同的可接收的太阳光能量。

3.  根据权利要求1所述的一种太阳能线性聚集装置,其特征在于,所述并列布置的光学接收器的两?#24615;?#21516;一端相连?#26377;?#25104;U型。

4.  根据权利要求3所述的一种太阳能线性聚焦装置,其特征在于,所述单个的光学接收器包括玻璃管、布置于玻璃管内部的二次聚光装置及接收装置。

5.  根据权利要求4所述的一种太阳能线性聚焦装置,其特征在于,所述玻璃管内部保持真?#20806;?#24577;。

6.  根据权利要求3所述的一种太阳能线性聚焦装置,其特征在于,所述玻璃管内部保持动态抽真?#20806;?#24577;。

7.  根据权利要求1所述的一种太阳能线性聚光装置,其特征在于,所述光伏接收器包括至少两列并联连接的电路。

8.  根据权利要求1所述的一种太阳能线性聚集装置,其特征在于,所述线性聚光器为传统槽式聚光器或菲涅尔阵列聚光器。

9.  一种太阳能线性聚集装置系统控制方法,其特征在于,所述系统控制方法根据两列并列布置的光学接收器各自接收的能量值的比例关系,判断所述线性聚光器的聚焦偏差方向及偏差度。

10.  根据权利要求9所述太阳能线性聚集装置系统控制方法,其特征在于,所述光学接收器的各列均布置温度检测点或功率检测点,以判断各?#26800;?#25509;收能量值的比例关系。

11.  根据权利要求9所述的太阳能线性聚集装置系统控制方法,其特征在于,所述系统控制方法在开环控制基础上,根据所述偏差方向进行判断并修正,实现开环-闭环复合跟踪控制。

12.  根据权利要求9所述的太阳能线性聚集装置系统控制方法,其特征在于,所述光热接收器的各列根据流量、进口温度、出口温度及相应?#28909;?#31995;数可计算各自获得的受光能量值的比例关系,利用各列受光能量的对比关系,判断和调整聚光器进行跟踪。

13.  根据权利要求9所述的太阳能线性聚集装置系统控制方法,其特征在于,所述光伏接收器根据各?#26800;?#25509;收功?#35782;?#27604;进行比较,判断和调整聚光器进行跟踪。

14.  根据权利要求9所述太阳能线性聚集装置系统控制方式,其特征在于,所述各列光学接收器理论设计接收能量相同的条件下,实际测量的各列接收能量值的比例关系相同?#20445;?#21028;定系统处于聚光准确状态。

15.  根据权利要求9所述的太阳能线性聚集装置系统控制方法,其特征在于,所述各列光学接收器理论设计接收能量相同的条件下,实际测量的各列接收能量值的比例关系不同?#20445;?#21028;定系统处于聚光位置偏向接收能量较高列一侧的聚光偏离状态。

说明书

说明书一种太阳能线性聚集装置及系统控制方法
技术领域
本发明涉及聚光及自动跟踪技术领域,具体涉及一种实时准确跟踪太阳,用于太阳能的高效采集和利用的线性聚集装置及系统控制方法。
背景技术
太阳光是全球储量最丰富的可再生能源之一,对太阳光进行有效采集、合理利用,在现在煤、石油、天然气等常规能源逐渐匮乏的不利情况下,其前景广阔、意义深远,因此高效、经济、环保地利用太阳能已经受?#28966;?#27867;的关注和重视。
为了提高太阳能资源利用率,需要利用太阳能跟踪器对太阳光线进行跟踪;跟踪太阳的方法主要采取两种形式:光电跟踪?#36879;?#25454;视日运动轨迹跟踪;前者是闭环的系统,后者为开环的系统。
授权公告号为CN2472151Y的申请文件中,提出了一种金字塔型光电传感器接收太阳光的装置,当太阳光不垂直于金字塔型光电传感器的?#34892;氖保?#23601;会造成四个光电板的输出电?#20849;?#30456;等,只要?#36816;?#20010;光电板输出的电压进行比较,就可以计算出当前的太阳方位,进而控制步进电机驱动跟踪装置跟踪太阳;其优点是精度高,缺点是结构复杂,跟踪范围小,成本高,因此在其他类型例如菲涅尔和槽式太阳能利用系统中,这种光电传感器使用效果较差,主要原因是太阳光与镜面很难保持垂直状态,光电传感器不再适用。另外,光电跟踪方式的跟踪器受天气的影响很大,如果在较长时间?#25991;?#20986;现乌云遮住太阳的情况,太阳光往往无法照射到接收器上,导致光电跟踪装置无法对准太阳,甚至会引起执行机构的误动作。
槽式太阳能利用装置的跟踪系统主要根据理论计算公式计算出太阳的运行轨迹进行跟踪,但是,由于施工、安装等问题导致的理论计算结果往往不能够完全满足系统跟踪的精度要求,或者在运行过程中出现累积误差,往往需要根据现场情况进行人工修正,而这类修正的判断通常是靠肉眼和经验完成,没有严格的判断依据。这就对太阳能热发电系统的自动化水平和提高系统的效率产生了不利影响。
在现有跟踪方式中,依靠单一的开环或者闭环方式很难实现精确地全天候太阳跟踪。
发明内容
本发明的目的在于提出一种太阳能线性聚集装置,并且根据一种开环和闭环相结?#31995;?#31995;统控制方法,实现全天候对太阳的精确跟踪。
本发明提供一种太阳能线性聚集装置,其特征在于,所述线性聚集装置包括线性聚光器和线性接收器;所述线性接收器置于所述线性聚光器焦线位置或焦线位置附近,包括至少2列并列布置的光学接收器;根据各列光学接收器接收能量的比例关系判断跟踪准确度,并据此调整聚光器进行准确跟踪;所述光学接收器为光热接收器或光伏接收器或光热光伏复合接收器。
优选地,所述线性接收器为两列并列布置的光学接收器。
进一步地,所述并列布置的各列光学接收器具有理论设计相同的可接收的太阳光能量。
进一步地,所述并列布置的光学接收器的两?#24615;?#21516;一端相连?#26377;?#25104;U型,实现在相同的另一端的传热介质或电流的输入和输出,?#31169;?#26500;也视为同一线性接收器?#26800;?#20004;列并?#26800;?#20809;学接收器。
进一步地,所述光学接收器整体为上下并列布置或左右对称布置的U型结构。
进一步地,所述单个的光学接收器包括玻璃管、布置于玻璃管内部的二次聚光装置及接收装置。
进一步地,所述光热接收器的玻璃管内部保持真?#20806;?#24577;,减少热量的损失。
优选地,所述光热接收器的玻璃管内部保持动态抽真?#20806;?#24577;,减少热量的损失。
进一步地,所述光伏接收器包括至少两列并联连接的电路,每?#26800;?#36335;由若干个光伏电池构成,将入射至光伏电池表面的光能转化为电能。
进一步地,所述线性聚光器为传统槽式聚光器或菲涅尔阵列聚光器。
本发明?#22266;?#20379;一种太阳能线性聚集装置系统控制方法,其特征在于,所述系统控制方法根据两列并列布置的光学接收器各自接收的能量值的比例关系,判断所述线性聚光器的聚焦偏差方向及偏差度。
进一步地,所述光学接收器的各列均布置温度检测点或功率检测点,以判断各?#26800;?#25509;收能量值的比例关系。
进一步地,所述系统控制方法在开环控制的基础上,根据所述偏差方向进行判断并修正,实现开环-闭环复合跟踪控制。
进一步地,所述光热接收器的各列根据流量、进口温度、出口温度及相应?#28909;?#31995;数可计算各自获得的受光能量值的比例关系,利用各列受光能量的对比关系,判断和调整聚光器进行跟踪。
优选地,所述U型连接的两列并列光热接收器,由于两列内的流量相同,根据总进口温度、总出口温度、U型折弯点的温度以及相应?#28909;?#31995;数值,即可计算获得两?#26800;?#21463;光能量比例关系,可省掉接收器的流量测量装置,简化系统?#26723;统?#26412;。
进一步地,所述光伏接收器根据各?#26800;?#25509;收功?#35782;?#27604;进行比较,判断和调整聚光器进行跟踪。
进一步地,在所述各列光学接收器理论设计接收能量相同的条件下,实际测量的各列接收能量值的比例关系相同(比例为1:1)?#20445;?#21028;定系统处于聚光准确状态。
进一步地,在所述各列光学接收器理论设计接收能量相同的条件下,实际测量的各列接收能量值的比例关系不同?#20445;?#21028;定系统处于聚光位置偏向接收能量较高列一侧的聚光偏离状态。
本发明较于已有太阳能线性聚集装置的系统控制方法有以下明显优点:1、避免了开环跟踪?#24065;?#20026;系统误差的累积造成偏差,进而导致太阳能利用效率下降;2、节省了因为装配精度等问题存在时的人工调整?#26041;冢?#33410;约了人力成本,并且提高了跟踪精度;3、采取了开环和闭环相结?#31995;?#31995;统控制方法,有效地避免了单一控制方式导致的跟踪不准确;4、对最终聚光效果进行直接测量,测量值稳定可靠,不?#36164;?#24178;扰,控制系统设置简单、成本?#31995;停?#20934;确可靠。
附图说明
下面参照附图对本发明的具体实施方?#38468;?#34892;详细的说明,附图中:
图1是本发明的太阳能线性聚集装置的第一实施例整体结构示意图;
图2 是本发明的太阳能线性聚集装置光学接收器的结构示意图;
图3是本发明的太阳能线性聚集装置光热接收器的系统控制示意图;
图4是本发明的太阳能线性聚集装置光伏接收器的系统控制示意图。
具体实施方式
图1是本发明的太阳能线性聚集装置的第一实施例整体结构示意图,如图1所示,所述线性聚集装置包括线性聚光器101和线性接收器102;所述线性聚光器101为传统槽式聚光器或菲涅尔阵列聚光器,将照射至其表面的太阳光反射至其上方的线性接收器102。所述线性聚光器101根据理论计算公式计算出太阳的运行轨迹实施对太阳光线的开环跟踪。所述线性接收器102置于所述聚光器101焦线位置或焦线位置附近,将反射至其表面的太阳光能转化为热能或者电能。所述同一列线性接收器102包括至少2列并列布置的光学接收器;根据各列光学接收器接收能量的比例关系判断跟踪准确度,并据此调整聚光器进行准确跟踪;所述并列布置的各列光学接收器具有理论设计相同的可接收能量,可接收等量的太阳光能量;进一步地,所述并列布置的光学接收器的两?#24615;?#21516;一端相连?#26377;?#25104;U型,实现在相同的另一端的传热介质或电流的输入和输出,?#31169;?#26500;视为同一线性接收器?#26800;?#20004;列并?#26800;?#20809;学接收器;所述光学接收器为光热接收器或光伏接收器或光热光伏复合接收器。
图2 是本发明的太阳能线性聚集装置光学接收器的结构示意图,如图2所示,所述光学接收器整体为U型结构,实施同一端的传热介质的输入和输出;所述U型结构上下并列布置或左右对称布置,包括光学接收器207和光学接收器208;所述单个的光学接收器包括玻璃管203、布置于玻璃管内部的二次聚光装置204及接收装置206。;所述构成光学接收器的各列接收装置206及其对应的二次聚光装置204分别布置在各自的玻璃管203内。玻璃管203的内部保持真?#20806;?#24577;,减少热量损失,具体通过动态抽真空保持内部的真?#20806;?#24577;;二次聚光装置204表面有一层高反膜,将入射至其表面的太阳光反射至接收装置206表面;所述接收装置206用于光热领域?#21271;?#38754;镀有一层高效选择性涂层,将入射至接收装置206表面的太阳光能转化为热能;所述接收装置206内部充满流动的传热介质,传热介质从光学接收器207进入,光学接收器208流出,在流动过程中吸收接收装置206表面的热量温度不断升高。
或者接收装置206用于光伏领域时为光-电转化的光伏电池;将入射至接收装置206表面的太阳光能转化为电能。所述接收装置206表面接收的太阳光转化成电能后通过辅助电路流出系统外部。
图3是本发明的太阳能线性聚集装置光热接收器的系统控制示意图,如图3所示,在太阳能线性聚集装置光热接收器的系统控制中,线性光热接收器为U型,根据两列并列布置的光学接收器各自接收的能量值的比例关系,判断所述线性聚光器的聚焦偏差方向及偏差度;所述线性光热接收器的各列均布置温度检测点,以判断各列不同位置接收能量值的比例关系。所述光热接收器的各列根据流量、进口温度、出口温度及相应?#28909;?#31995;数可计算各自获得的受光能量值的比例关系,利用各列受光能量的对比关系,判断并调整聚光器进行跟踪。优选地,所述U型连接的两列并列光热接收器,由于两列内的流量相同,根据总进口温度、总出口温度、U型折弯点的温度以及相应?#28909;?#31995;数值,即可计算获得两?#26800;?#21463;光能量比例关系,可省掉接收器的流量测量装置,简化系统?#26723;统?#26412;;在所述各列光学接收器理论设计接收能量相同的条件下,实际测量的各列接收能量值的比例关系相同?#20445;?#21028;定系统处于聚光准确状态;在所述各列光学接收器理论设计接收能量相同的条件下,实际测量的各列接收能量值的比例关系不同?#20445;?#21028;定系统处于聚光位置偏向接收能量较高列一侧的聚光偏离状态。具体为线性光热接收器的输入位置、中间位置至少一个位置点及输出位置布置温度检测点,例如中间位置在U型折弯处设置一个温度监测点。所述线性接收器的输入端传热介质温度为T1,U型折弯处传热介质温度为T3,线性接收器的输出端传热介质温度为T2。根据输出端传热介质的温度T2和输入端传热介质的温度T1计算出U型折弯处理论传热介质温度T3’,如果T3’ = T3,则说明线性聚光器对太阳的跟踪精确,不需要控制系统做出反应;如果T3>T3’,则说明线性聚光器汇聚的太阳光焦线偏向光热接收器307,控制系统做出相应调整,使汇聚光线偏向光热接收器308,直至T3’ = T3;如果T3<T3’,则说明线性聚光器汇聚的太阳光焦线偏向光热接收器308,控制系统做出相应调整,使汇聚光线偏向光热接收器307,直至T3’ = T3。进一步地,所述系统控制方法在开环控制的基础上,根据所述偏差方向进行判断并修正,形成开环-闭环复合跟踪控制。
图4是本发明的太阳能线性聚集装置光伏接收器的系统控制示意图,如图4所示,太阳能线性聚集装置光伏接收器的系统控制中,包括至少两列并联连接的光伏接收器409~光伏接收器410。单列光伏接收器例如光伏接收器409包括玻璃管、布置于玻璃管内部的二次聚光装置及接收装置;所述接收装置与和/或二次聚光装置在玻璃管内,使光伏电池不受环境影响或?#36136;此?#23475;。所述接收装置为阵列布置的光伏电池,闭环跟踪控制系统根据各列接收装置的功率进行比较,判断和调整聚光器进行跟踪;具体为光伏接收器409以及光伏接收器410布置功率输出检测点,例如光伏接收器409的功率为P1,光伏接收器410的功率为P2,如果P1=P2,则说明线性聚光器对太阳的跟踪精确,不需要控制系统做出反应;如果P1>P2,则说明线性聚光器汇聚的太阳光焦线偏向光伏接收器409,控制系统做出相应调整,使汇聚光线偏向光伏接收器410,直至P1=P2;如果P1<P2,则说明线性聚光器汇聚的太阳光焦线偏向光伏接收器410,控制系统做出相应调整,使汇聚光线偏向光伏接收器409,直至P1=P2。
?#36828;准?#22312;不偏离本发明的真实精神和范围的前提下,在此描述的本发明可以有许多变化。因此,所有对于本领域技术人员?#27492;?#21487;以预见的改变,?#21152;?#21253;括在本权利要求书所涵盖的范围之内。本发明所要求保护的范围由所述的权利要求书进行限定。

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